Сезонные вирусные сообщества в Арктике и Антарктике имеют сходства
Вирусы в холодных водах Арктики сильно зависят от сезона и также обнаруживаются в Антарктике. Это удивительное открытие сделано в ходе многолетнего временного исследования, проведенного под руководством Центра океанических исследований имени Гельмгольца GEOMAR в Киле. Результаты дают новое представление о хрупком балансе полярных экосистем и о роли вирусов как индикаторов изменений в океане, базовые знания о которых все еще недостаточны. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Одинаковые вирусы на обоих полюсах — неожиданная находка
Международная исследовательская группа, координируемая GEOMAR, обнаружила, что состав вирусных сообществ в Северном Ледовитом океане сильно зависит от сезона и неожиданно похож на вирусы в Южном океане, окружающем Антарктиду. Это ставит под сомнение представление о том, что полярные популяции вирусов должны сильно различаться между северным и южным полушариями. Примечательно, что те же группы вирусов не были найдены в более теплых регионах.
«Было совершенно неожиданно обнаружить такие схожие вирусные паттерны на обоих полюсах, несмотря на огромное географическое расстояние между ними», — говорит Ализза Калайаг, морской эколог из GEOMAR и ведущий автор исследования.
Многолетний каталог вирусов
Пробы для исследования собирались в Арктике с помощью автоматических пробоотборников на обсерватории HAUSGARTEN, которой управляет Институт Альфреда Вегенера (AWI). В течение четырех лет (2016–2020 гг.) устройства непрерывно собирали пробы морской воды в проливе Фрама — океаническом проходе между Гренландией и Шпицбергеном.
Для обнаружения вирусов исследователи проанализировали миллионы длинных последовательностей ДНК с помощью вычислительных инструментов, идентифицирующих вирусные сигнатуры ДНК. Это позволило обнаружить вирусы как внутри бактерий, так и прикрепленные к ним. Команда также применила методы сетевого анализа, чтобы связать конкретные вирусы с их предпочтительными хозяевами.
Сравнив свои данные с глобальными метагеномными наборами, команда обнаружила, что 42% арктических вирусов также встречаются в антарктических водах.
Летний всплеск: 30 вирусов на одну бактерию
Еще одним поразительным результатом стала резкая сезонная разница в численности и составе вирусов. «Зимой количество вирусов и бактерий было примерно равным», — объясняет Калайаг. — «Но летом, особенно в период с августа по сентябрь, количество вирусов резко возросло. В среднем мы обнаружили 30 вирусов на каждую отдельную бактерию».
Этот резкий сезонный пик оставался незамеченным до сих пор, поскольку предыдущим исследованиям не хватало контекста непрерывного наблюдения за экосистемой, и они не проводили отбор проб в темные зимние периоды.
Калайаг добавляет: «Мы видим, что и численность, и состав вирусных сообществ меняются в зависимости от сезона. Различные условия окружающей среды приводят к доминированию различных типов вирусов, и они, в свою очередь, по-разному влияют на микробную пищевую сеть».
Изменение климата может изменить полярную микробную динамику
Этот хрупкий микробный баланс может быть нарушен изменением климата. «По мере изменения температуры, солености или ледового покрова меняются и условия жизни для вирусов», — говорит Калайаг.
«Холодоадаптированные вирусы могут быть вытеснены, и могут появиться новые типы. Это повлияет на все экологическое взаимодействие в полярных водах. Вот почему вирусы являются важными ранними индикаторами изменений в полярных океанах».